KR20150142790A - 스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트는 종래 엔드 플레이트와 달리, 상부 스트렙을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 상부 스트렙은 스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지하는 역할을 한다.

Description

스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩{END PLATE FOR BATTERY MODULE ASSEMBLY THEREBY PREVENTING A CHANGE IN THE EXTERNAL SHAPE OF THE BATTERY MODULE DUE TO SWELLING, AND BATTERY PACK HAVING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 2 이상의 이차전지 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 상기 다수의 배터리 모듈을 이용하여 배터리 모듈 어셈블리를 구성하고, 상기 배터리 모듈 어셈블리에 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 상기 배터리 모듈에 대해서는 본 출원인의 대한민국 공개특허공보 10-2007-0064221 및 10-2010-0128927 등에 일 예시가 개시되어 있다. 또한, 도 1을 참고하면, 종래 발명에 따른 배터리 팩(10)을 확인할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩(10)의 구성요소 중 배터리 모듈 어셈블리(11)와 엔드 플레이트(12)를 분리한 분해 사시도이다.
도 2를 참고하면, 상기 엔드 플레이트(12)가 배터리 모듈 어셈블리(11)의 외형을 고정시키고, 외부 충격으로부터 배터리 모듈 어셈블리(11)를 보호하는 역할을 한다는 것을 이해할 수 있다.
한편, 배터리 모듈 어셈블리(11)는 다수의 이차전지 셀을 포함한다. 상기 이차전지는 리튬-폴리머 파우치형 이차전지 셀일 수 있다. 리튬-폴리머 파우치형 이차전지의 경우, 반복적인 충전 및 방전의 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 이때, 발생한 가스에 의해 이차전지 셀의 외형이 변형되는 현상을 '스웰링 현상'이라고 한다.
도 3은 종래 발명에 따른 배터리 팩(10)의 평면도이다. 도 3을 참고하면, 배터리 모듈 어셈블리(11)에 포함된 이차전지 셀에 스웰링 현상이 발생할 경우, 외부에 미치는 힘의 방향(화살표) 및 이로 인해 예상되는 외형의 변화 모습(12-1)이다. 외형의 변화는 배터리 모듈 어셈블리 자신의 안전성 및 다른 배터리 모듈 어셈블리 또는 인접한 다른 장치의 안정성에 영향을 미칠 수 있으므로, 스웰링 현상이 일어나지 않도록 방지해야 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지할 수 있는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트는 배터리 모듈 어셈블리의 일 측면에 접하는 제1 플레이트; 상기 배터리 모듈 어셈블리의 타 측면에 접하는 제2 플레이트; 및 상기 제1 플레이트의 측면 모서리 및 상기 제2 플레이트의 측면 모서리에서 연장된 형태의 측면 스트렙;를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트로서, 상기 제1 플레이트의 상부 모서리 및 상기 제2 플레이트의 상부 모서리에서 연장된 형태의 상부 스트렙;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 스트렙은 적어도 2이상이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 스트렙은 상기 배터리 모듈 어셈블리의 상단면에서 중심점을 덮을 수 있는 위치에 형성된다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트는, 각각 2개의 이차전지 셀, 모듈 프레임 및 냉각핀을 가진 다수의 배터리 모듈; 냉각판, 전방 하우징, 후방 하우징, 버스바 및 센싱 커넥터를 포함하고, 상기 다수의 배터리 모듈이 집합된 배터리 모듈 어셈블리의 하부에 결합되는 하부 하우징 어셈블리; 상기 센싱 커넥터 및 상기 배터리 모듈 어셈블리에 포함된 다수의 배터리 모듈에 형성된 전극 리드와 전기적으로 연결되는 전방 회로 어셈블리; 상기 전방 하우징과 결합하여 상기 전방 회로 어셈블리가 외부에 노출되지 않도록 하는 전방 커버; 상기 전방 하우징 및 상기 후방 하우징에 각각 연결되는 2개의 상부 하우징; 및 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트;를 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트는 상기 측면 스트렙이 전방 하우징에 접하도록 결합된다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 이때, 상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기가 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 발명에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 구성요소 중 배터리 모듈 어셈블리와 엔드 플레이트를 분리한 분해 사시도이다.
도 3은 종래 발명에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트의 사시도이다.
도 5는 배터리 모듈 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6은 하부 하우징 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 배터리 모듈 어셈블리와 하부 하우징 어셈블리의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 전방 회로 어셈블리 및 전방 커버의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 9는 상부 하우징의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 엔드 플레이트의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 배터리 팩의 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트(110)의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트(이하, '엔드 플레이트')는 제1 플레이트(111), 제2 플레이트(112), 측면 스트렙(113) 및 상부 스트렙(114)을 포함한다.
상기 제1 플레이트(111)는 배터리 모듈 어셈블리의 일 측면에 접한다.
상기 제2 플레이트(112)는 배터리 모듈 어셈블리의 타 측면에 접한다.
상기 측면 스트렙(113)은 상기 제1 플레이트(111)의 측면 모서리 및 상기 제2 플레이트(112)의 측면 모서리에서 연장된 형태를 가진다.
상기 상부 스트렙(114)은 상기 제1 플레이트(111)의 상부 모서리 및 제2 플레이트(112)의 상부 모서리에서 연장된 형태를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 스트렙(114)은 적어도 2이상이 형성된다. 도 4에는 3개의 상부 스트렙(114)이 형성된 실시예가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 스트렙(114)은 배터리 모듈 어셈블리의 상단면에서 중심점을 덮을 수 있는 위치에 형성된다. 이를 통해 스웰링에 의한 변화가 가장 크게 나타날 수 있는 이차전지 셀의 중심부를 견고하게 고정시킬 수 있다.
본 발명에 따른 엔드 플레이트(110)는 종래 엔드 플레이트(도 2의 12)와 달리, 상부 스트렙(114)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 상부 스트렙(114)은 스웰링 현상에 의한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지하는 역할을 한다. 이하, 본 발명에 따른 엔드 플레이트(110)를 포함하는 배터리 팩을 통해서 엔드 플레이트(110)의 역할을 보다 자세히 설명하도록 한다. 이해의 편의를 위해 배터리 팩의 조립 순서에 따라 배터리 팩의 구성 요소들을 설명하도록 하겠다.
도 5는 배터리 모듈 어셈블리(120)의 분해 사시도이다.
도 5를 참고하면, 배터리 모듈 어셈블리(120)는 다수의 배터리 모듈(121)이 집합된 것임을 확인할 수 있다.
상기 배터리 모듈(121)은 이차전지 셀(122), 모듈 프레임(123) 및 냉각핀(124)을 가진다.
상기 이차전지 셀(122)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 각각의 이차전지 셀(122)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 바람직하게, 상기 이차전지 셀(122)은 리튬 폴리머 전지가 사용될 수 있다. 또한, 상기 이차전지 셀(122)은 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류될 수 있다. 바람직하게, 상기 이차전지 셀(122)은 파우치형 이차전지 셀이 사용될 수 있다.
상기 모듈 프레임(123)은 상기 이차전지 셀(122)을 고정시켜 배터리 모듈을 구성하는 역할을 한다. 또한, 상기 모듈 프레임(123)은 인접한 다른 모듈 프레임과 서로 맞물려서 고정되는 외형 가질 수 있다. 상기 모듈 프레임(123)의 재질은 고분자 물질이 될 수 있다.
상기 냉각핀(124)은 간접 냉각 방식에 따라 이차전지 셀(122)의 열을 방출하는 역할을 한다. 상기 냉각핀(124)은 상기 모듈 프레임(123)의 측면에 결합되어, 이차전지 셀(122)의 측면에 접할 수 있다. 상기 냉각핀(124)의 재질은 금속이 될 수 있다. 바람직하게, 상기 냉각핀(124)의 재질은 알루미늄이다.
도 6은 하부 하우징 어셈블리(130)의 사시도이다.
도 6을 참조하면, 하부 하우징 어셈블리(130)는 냉각판(131), 전방 하우징(132), 후방 하우징(133), 버스바(134) 및 센싱 커넥터(135)를 포함한다. 상기 버스바(134)는 상기 이차전지 셀(122)에 형성된 전극 리드와 전기적으로 연결되어, 외부 기기와 전기적 연결을 구성하는 역할을 한다. 상기 센싱 커넥터(135)는 상기 이차전지 셀(122)의 전압을 측정하는 전압 센서와 연결될 수 있다.
상기 하부 하우징 어셈블리(130)는 상기 배터리 모듈 어셈블리(120)의 하부에 결합된다.
도 7은 배터리 모듈 어셈블리(120)와 하부 하우징 어셈블리(130)의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 7을 참고하면, 상기 하부 하우징 어셈블리(130)가 상기 배터리 모듈 어셈블리(120)의 하부에 어떻게 결합되는지 이해할 수 있다.
도 8은 전방 회로 어셈블리(140) 및 전방 커버(150)의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8을 참고하면, 전방 회로 어셈블리(140) 및 전방 커버(150)의 결합 관계를 확인할 수 있다. 상기 전방 회로 어셈블리(140)는 상기 하부 하우징 어셈블리(130)에 포함된 상기 센싱 커넥터(135) 및 상기 배터리 모듈 어셈블리(120)에 포함된 다수의 배터리 모듈(121)에 형성된 전극 리드와 전기적으로 연결된다. 상기 전방 커버(150)는 상기 전방 하우징(132)과 결합하여 상기 전방 회로 어셈블리(140)가 외부에 노출되지 않도록 한다.
도 9는 상부 하우징(160)의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 2개의 상부 하우징(160)이 각각 상기 전방 하우징(132) 및 상기 후방 하우징(133)에 연결되는 것을 확인할 수 있다. 상기 상부 하우징(160)은 상기 전방 하우징(132) 및 상기 후방 하우징(133)이 커버하지 못한 상기 배터리 모듈 어셈블리(120)의 노출 부분을 커버한다.
도 10은 본 발명에 따른 엔드 플레이트(110)의 결합 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 상기 엔드 플레이트(110)가 상기 배터리 모듈 어셈블리(120)의 양 측면에 위치하는 것을 예상할 수 있다. 이때, 상기 엔드 플레이트(110) 상기 측면 스트렙(113)은 상기 전방 하우징(132)에 접하도록 결합될 수 있다. 그 결과, 도 11에 도시된 배터리 팩(100)을 완성된다.
도 12는 본 발명에 따른 배터리 팩(100)의 평면도이다.
도 12를 참조하면, 상기 상부 스트렙(114)에 의해 이차전지 셀(122) 내부에서 발생한 가스 압력에 의해 스웰링 현상이 발생하는 것을 방지하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 팩(100) 및 상기 배터리 팩()으로부터 전력을 공급 받는 부하()를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 종래 기술에 따른 배터리 팩
11 : 배터리 모듈 어셈블리
12 : 종래 기술에 따른 엔드 플레이트
100 : 배터리 팩
110 : 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트
111 : 제1 플레이트
112 : 제2 플레이트
113 : 측면 스트렙
114 : 상부 스트렙
120 : 배터리 모듈 어셈블리
121 : 배터리 모듈
122 : 이차전지 셀
123 : 모듈 프레임
124 : 냉각핀
130 : 하부 하우징 어셈블리
131 : 냉각판
132 : 전방 하우징
133 : 후방 하우징
134 : 버스바
135 : 센싱 커넥터
140 : 전방 회로 어셈블리
150 : 전방 커버
160 : 상부 하우징

Claims (7)

  1. 배터리 모듈 어셈블리의 일 측면에 접하는 제1 플레이트;
    상기 배터리 모듈 어셈블리의 타 측면에 접하는 제2 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트의 측면 모서리 및 상기 제2 플레이트의 측면 모서리에서 연장된 형태의 측면 스트렙;를 포함하는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트에 있어서,
    상기 제1 플레이트의 상부 모서리 및 상기 제2 플레이트의 상부 모서리에서 연장된 형태의 상부 스트렙;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 스트렙은, 적어도 2이상이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 스트렙은, 상기 배터리 모듈 어셈블리의 상단면에서 중심점을 덮을 수 있는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트.
  4. 각각 2개의 이차전지 셀, 모듈 프레임 및 냉각핀을 가진 다수의 배터리 모듈;
    냉각판, 전방 하우징, 후방 하우징, 버스바 및 센싱 커넥터를 포함하고, 상기 다수의 배터리 모듈이 집합된 배터리 모듈 어셈블리의 하부에 결합되는 하부 하우징 어셈블리;
    상기 센싱 커넥터 및 상기 배터리 모듈 어셈블리에 포함된 다수의 배터리 모듈에 형성된 전극 리드와 전기적으로 연결되는 전방 회로 어셈블리;
    상기 전방 하우징과 결합하여 상기 전방 회로 어셈블리가 외부에 노출되지 않도록 하는 전방 커버;
    상기 전방 하우징 및 상기 후방 하우징에 각각 연결되는 2개의 상부 하우징; 및
    상기 배터리 모듈 어셈블리의 양 측면에 위치하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 어셈블리용 엔드 플레이트는, 상기 측면 스트렙이 전방 하우징에 접하도록 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
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